基于NURBS曲线的数据拟合算法matlab仿真
1.程序功能描述
基于NURBS曲线的数据拟合算法,非均匀有理B样条(Non-Uniform Rational B-Splines,简称NURBS)曲线是一种强大的数学工具,广泛应用于计算机图形学、CAD/CAM系统、几何建模和数据拟合等领域。NURBS曲线通过控制顶点和权重,能够精确地表示复杂的曲线和曲面形状,特别适合于对真实世界对象的建模和数据点的光滑拟合。
2.测试软件版本以及运行结果展示
MATLAB2022A版本运行
(完整程序运行后无水印)
3.核心程序
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 | %拟合前路径段数 layer2( i ).outline( j ).qlj_number = length (points); %拟合前最大路径长度 for jj = 1: length (points)-1 dist1(jj) = sqrt ((points(jj,1) - points(jj+1,1))^2 + (points(jj,2) - points(jj+1,2))^2); end layer2( i ).outline( j ).qlj_maxlen = max (dist1); %拟合前平均路径长度 layer2( i ).outline( j ).qlj_meanlen= mean (dist1); %拟合前最小路径长度 layer2( i ).outline( j ).qlj_minlen = min (dist1); %拟合前最大拟合误差 layer2( i ).outline( j ).qlj_error = 0; %拟合后路径段数 layer2( i ).outline( j ).hlj_number = NUM; %拟合后最大路径长度 for jj = 1: length (points2)-1 dist2(jj) = sqrt ((points2(jj,1) - points2(jj+1,1))^2 + (points2(jj,2) - points2(jj+1,2))^2); end layer2( i ).outline( j ).hlj_maxlen = max (dist1); %拟合后平均路径长度 layer2( i ).outline( j ).hlj_meanlen= mean (dist1); %拟合后最小路径长度 layer2( i ).outline( j ).hlj_minlen = min (dist1); %拟合后最大拟合误差 layer2( i ).outline( j ).hlj_error = max (miss); end end axis square; |
4.本算法原理
非均匀有理B样条(Non-Uniform Rational B-Splines,简称NURBS)曲线是一种强大的数学工具,广泛应用于计算机图形学、CAD/CAM系统、几何建模和数据拟合等领域。NURBS曲线通过控制顶点和权重,能够精确地表示复杂的曲线和曲面形状,特别适合于对真实世界对象的建模和数据点的光滑拟合。
4.1NURBS曲线基础
NURBS曲线是一类特殊的有理B样条曲线,它结合了非均匀(控制点具有不同的参数间隔)和有理(控制点带有权重)的特点。NURBS曲线的数学表达式为:
其中,m是数据点的数量,Pj是第j个数据点的位置,uj是对应数据点在参数空间的参数值。
3.参数优化:通过梯度下降、共轭梯度法、遗传算法等优化技术,调整控制顶点位置、权重及结点分布,以最小化误差函数E。
4.迭代收敛:重复步骤2和3,直到误差函数下降到预设阈值或迭代次数达到上限。
在拟合过程中,权重wi的调整尤为关键,因为它不仅影响曲线的形状,还能通过放大或缩小控制顶点的作用来适应数据点的分布。一种策略是根据数据点的密度或拟合误差动态调整权重,使得曲线在数据密集区域更加平滑,在数据稀疏区域保持对数据点的追踪。
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